一种高强度深冷绝热材料及其制备方法与流程
一、本发明涉及深冷绝热材料，尤其涉及一种储罐用高强度深冷绝热材料及其制备方法。
背景技术：
0、二、背景技术
1、高真空绝热技术是目前深冷储罐保冷液氧、液氮及液氢等液化气体常用的经典手段。但由于高真空绝热层制备及维护昂贵，且在运输及使用过程中易失真空，从而在一定程度上限制了深冷液化气体的应用及发展。填充性深冷绝热材料是近些年发展起来的一种新型保冷材料，无需真空，绝热功能优良，如泡沫玻璃、硬质聚氨酯泡沫、聚苯乙烯泡沫、酚醛泡沫等。其中，硬质聚氨酯泡沫的热导率最小(一般22～33mw/(m.k))，绝热性能最好；但硬质聚氨酯泡沫在强度低，低温下(＜-150℃)易导致变形开裂，且其绝热性能尚不能完全满足液氧(-183℃)、液氮(-196℃)、液氢(-252℃)等低温液化气体的储存周期需求。
2、气凝胶具有具有防火等级高、导热系数低的特点，是目前公认的最佳的轻质保温材料，导热系数可以达到13mw/(m.k)以下；制备气凝胶与聚氨酯泡沫复合材料是改善硬质聚氨酯泡沫绝热性能的有效途径；而制备高强度纤维与聚氨酯泡沫复合材料则是改善硬质聚氨酯泡沫强度的有效途径。这些方法在下述专利中已有公开描述。
3、专利cn 108546152 b公布了一种由5～10mm的短纤维、80-3000目的无机粒子与聚氨酯硬泡发泡料反应而成的一种低温储运及应用设备用深冷绝热材料及其制备方法。
4、专利cn 113429537 a公布了一种由硅烷处理剂改性包覆的气凝胶颗粒与聚氨酯制备a料混合，再与聚氨酯制备b料反应而成的一种气凝胶复合聚氨酯及其制备方法。
5、专利cn 113402762 a公布了一种由含有硅气凝胶的阻燃填料与聚氨酯发泡料经发泡机反应，得到一种绝热阻燃聚氨酯-硅气凝胶复合保温材料的制备方法。
6、上述专利公开的聚氨酯基深冷绝热材料及其制备方法，存在下述共同不足，影响了其推广与应用。
7、①没有同时兼顾硬质聚氨酯泡沫强度及绝热功能的改善，如专利cn 108546152b、专利cn 113429537 a及专利cn 113402762 a。
8、②复合材料用气凝胶制备工艺复杂、效率低，成本高；如专利cn 113429537 a和专利cn 113402762 a。
9、③复合材料绝热性能提升较小，最低只能降至17mw/(m.k)左右，如专利cn108546152 b。
技术实现思路
0、三、
技术实现要素：
1、1、要解决的技术问题
2、为解决现有技术中的不足，本发明目的在于提供一种兼具优异绝热性能及强度，且制备过程简单易加工、节能降耗的高强度深冷绝热材料及其制备方法。
3、2、为解决技术问题而采用的技术方案
4、本发明提供了一种深冷储罐用强度高、绝热性能优异、制备简单、易加工、节能降耗、通用性广的高强度深冷绝热材料及其制备方法。
5、实现本发明目的之一的高强度深冷绝热材料，包括(表观体积比)：疏水气凝胶30％-90％，微纳纤维5％-40％，硬质聚氨酯发泡料5％-55％。
6、所述疏水气凝胶为二氧化硅气凝胶，一次粒子粒径5-20nm，二次粒子粒径＜20μm，比表面积＞800m2.g-1。
7、所述微纳纤维为直径0.1-15μm，长径比＞50的碳纤维、玻璃纤维、纤维素晶须、钛酸钾晶须、硫酸钙晶须等中的一种或几种。
8、所述硬质聚氨酯发泡料由a料、发泡剂及b料构成；a料包括聚醚多元醇100份(重量比)，复配催化剂0.1-0.5份；b料包括多苯基多甲基多异氰酸酯100-150份；发泡剂hfc-365mfc为10-20份。
9、实现本发明目的之二的高强度深冷绝热材料制备方法，包括如下步骤：
10、(1)按照上述硬质聚氨酯发泡料，分别配置a料和b料；
11、(2)a料中按配方要求比例加入疏水气凝胶与微纳纤维，高速混合2-5min，再加入发泡剂，混合均匀；
12、(3)通过高压发泡机按一定比例将(2)中混合料与b料混合均匀，并在设定时间内将混合料注入恒温(38-55℃)罐腔中；固化，得到产品。其中，聚氨酯泡沫闭孔率≥98％，孔径50-150μm。
13、3、有益效果
14、本发明的一种高强度深冷绝热材料及其制备方法，通过选择绝热性能优异的二次粒子粒径＜20μm的气凝胶，及高强度的长径比＞50的维纳纤维与硬质聚氨酯发泡料共混反应，得到高强度深冷绝热材料；兼顾了高强度(压缩强度＞2.0mpa)及优良绝热性能(导热系数＜17.0mw/(m.k))，节能降耗，通用性广；且共混反应前的工艺无复杂的粒子/纤维表面物理活化或化学改性过程，生产机械普通、易得，工艺过程简单，劳动强度低，具有较强的可操作性。
15、四、具体实施方法
16、本发明的高强度深冷绝热材料，在具体实施例和对比例复合材料配方中，聚醚多元醇，羟值480-500mgkoh/g，25℃时粘度6500-9500mpa.s；多亚甲基多苯基多异氰酸酯，官能度约3.1，nco质量分数(wt％)为30.0-32.0，25℃粘度500-800mpa.s；发泡剂hfc-365mfc，工业级；复配催化剂为n-甲基高哌嗪，1，2-二甲基咪唑、甲基丙烯酸二甲氨乙酯、3-(甲基丙烯酰胺)丙基三甲氧基硅烷和n-丁基苯磺酰胺的混合物，其重量比例为1∶2∶1∶2∶0.5；硬质聚氨酯发泡料的a料100份，复配催化剂0.2份；b料135份；发泡剂hfc-365mfc为12份。
17、本发明的高强度深冷绝热材料的实施例1-5和两个对比例的配方的组分含量如下表所示。
18、
19、本发明的高强度深冷绝热材料的制备方法如下：
20、(1)按配方的重量配比称取各组分；
21、(2)将疏水气凝胶与玻璃纤维粉加入聚醚多元醇中，高速混合2-5min，再加入发泡剂，混合均匀；
22、(3)将将步骤(2)所得混合料及多亚甲基多苯基多异氰酸酯加入高压发泡机中，混合均匀，并在30s内将混合料注入恒温55℃的10l罐腔中；固化得到产品。
23、上述表中的对比例1的制备方法如下：
24、(1)按配方的重量配比称取各组分；
25、(2)将疏水气凝胶加入聚醚多元醇中，高速混合2～5min，再加入发泡剂，混合均匀；
26、(3)将将步骤(2)所得混合料及多亚甲基多苯基多异氰酸酯加入高压发泡机中，混合均匀，并在30s内将混合料注入恒温55℃的10l罐腔中；固化，得到产品。
27、上述表中对比例2的制备方法与对比例1的制备方法相同，在步骤(2)中，将疏水气凝胶换成玻璃纤维粉。
28、对实施例1～6及对比例1-2得到的深冷绝热材料进行性能测试。导热系数的测定按gb/t10294-2008《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法》在平均温度-170℃条件下进行；压缩强度的测定按gb/t8813-2008《硬质泡沫塑料压缩性能的测定》在-170℃条件下进行。拉伸强度的测定按iso 1926：2009《硬质泡沫塑料拉伸性能的测定》在-170℃条件下进行。其结果如下表所示。
29、
30、上述结果证明了本发明深冷绝热材料具有优良的绝热保冷性能和机械强度特性，能应用于低温储运及应用设备等技术领域。
31、上述实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神前提下，本领域工程技术人员对本发明技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
技术特征：
1.一种高强度深冷绝热材料及其制备方法，包括(表观体积比)：疏水气凝胶30％-90％，微纳纤维5％-40％，硬质聚氨酯发泡料5％-55％。
2.高强度深冷绝热材料，其特征在于：所述疏水气凝胶为二氧化硅气凝胶，一次粒子粒径5-20nm，二次粒子粒径＜20μm，比表面积＞800m2.g-1。
3.高强度深冷绝热材料，其特征在于：所述微纳纤维为直径0.1-15μm，长径比＞50的碳纤维、玻璃纤维、纤维素晶须、钛酸钾晶须、硫酸钙晶须等中的一种或几种。
4.高强度深冷绝热材料，其特征在于：所述硬质聚氨酯发泡料由a料、发泡剂及b料构成；a料包括聚醚多元醇100份(重量比)，复配催化剂0.1-0.5份；b料包括多苯基多甲基多异氰酸醋100-150份；发泡剂hfc-365mfc为10-20份。
5.一种高强度深冷绝热材料的制备方法，包括如下步骤：
技术总结
本发明涉及深冷绝热材料技术领域，尤其涉及一种储罐用高强度深冷绝热材料及其制备方法。解决高真空绝热储罐存在的结构复杂、制备与维护昂贵，且易失真空的问题。通过选择二次粒子粒径＜20μm的气凝胶，及长径比＞50的微纳纤维与硬质聚氨酯发泡料共混，发泡反应得到高强度深冷绝热材料；兼顾了高强度(压缩强度＞2.0MPa)及优良绝热性能(导热系数＜17.0mW/(m.K))，节能降耗，通用性广；且共混反应前没有复杂的粒子/纤维表面活化过程，生产机械普通、易得，工艺过程简单，劳动强度低，具有较强的可操作性。本发明深冷绝热材料能应用于低温管道、容器的运输与储运，涵盖铁路、汽车、航运及应用设备等技术领域。
技术研发人员：赵平
受保护的技术使用者：赵平
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23